Projekt A 1.1.2:
Langzeitverhalten von Gebietsniederschlägen
in Baden-Württemberg und
Bayern
Kurzfassung der Projektergebnisse
(Stand: 1997)
Seit Jahren wird sowohl in Fachkreisen als auch in der Öffentlichkeit eine
rege Diskussion um Ursachen und Folgen des Klimawandels geführt. Der
Wasserkreislauf, als Grundlage einer Reihe von Energie- und Stoffkreisläufen,
ist unmittelbar vom Klimawandel betroffen. Als Konsequenz der weltweit
beobachteten Erwärmung wird aufgrund physikalischer Zusammenhänge allgemein
eine Intensivierung des Wasserkreislaufes und der zugehörigen Komponenten des
Wasserhaushalts wie dem Niederschlag angenommen. Abweichend von dieser
allgemeinen Tendenz können sich jedoch regional und saisonal aufgrund der
atmosphärischen Zirkulation auch unterschiedliche Entwicklungen ergeben. Laut
IPCC-Bericht (2001) nahm der mittlere Jahresniederschlag (Periode 1900-1999)
in Mitteleuropa (30°-55° N) um rd. 7% zu, wobei sich der Trend in den letzten
25 Jahren verstärkt hat. Für Deutschland zeigt die Zeitreihe der Gebietsmittel
des jährlichen Niederschlags (1901-2000) allerdings nur einen leichten,
statistisch nicht signifikanten Anstieg (DWD-Klimastatusbericht 2001, Beitrag
Müller-Westermeier). Niederschlagsarme Regionen in Deutschland wie Brandenburg
zeigten sogar rückläufige Trends beim mittleren Jahresniederschlag.
Zielstellung
Im KLIWA-Projekt A 1.1.2 "Langzeitverhalten der Gebietsniederschläge in
Baden-Württemberg und Bayern" stellte sich die Frage, wie sich die
mittleren Niederschläge in den vergleichsweise niederschlagsreichen Regionen
Süddeutschlands in der Vergangenheit entwickelt haben. Laut IPCC ergeben sich
mit einer Veränderung des Mittelwerts auch Änderungen für die Extremwerte des
Niederschlags, die besonders in ihrer Auswirkung als Hochwasser oder als
Trockenheit die Gesellschaft unmittelbar betreffen. Bei der stationsbezogenen
Auswertung der jährlichen Höchstwerte der Niederschläge in Süddeutschland ergab
sich beispielsweise eine statistisch signifikante Zunahme im hydrologischen
Winterhalbjahr (November-April), die mit unterschiedlichen regionalen
Schwerpunkten auftrat (siehe dazu: KLIWA-Projekt A 1.1.3
"Langzeitverhalten der Starkniederschläge in Baden-Württemberg und
Bayern").
Vorgehensweise
Um die Auswirkungen solcher Veränderungen und ihrer Größenordnung abschätzen
zu können, sind sowohl umfangreiche Auswertungen historischer klimatologischer
und hydrologischer Daten als auch intensive Szenariountersuchungen
erforderlich. Die vorliegende Arbeit stellt einen Beitrag zur ersten dieser
beiden Teilaufgaben dar und wurde von der Abteilung Hydrometeorologie des DWD
im Auftrag der Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg und des
Bayerischen Landesamts für Wasserwirtschaft durchgeführt.
Gegenstand der Untersuchung war jeweils eine Reihe von Tageswerten des
Gebietsniederschlags für jedes der 33 KLIWA-Untersuchungsgebiete in
Baden-Württemberg und Bayern für den Zeitraum von 1931 bis 1997 (siehe Abb. 1
und Tab. 1). Grundlage für die Berechnung dieser Gebietswertreihen war die
Interpolation der Niederschlagsbeobachtungen von 1815 Messstellen auf ein
Raster mit rund 7 km Kantenlänge (2139 Gitterpunktreihen) mittels einer
geostatistischen Methode (KLIWA-Projekt A 1.1.1 "Bereitstellung von
langen Reihen interpolierter Gitterpunktwerte des Niederschlags für
Baden-Württemberg und Bayern"). Ein großer Vorteil dieser Vorgehensweise
zur statistischen Analyse von Gebietsniederschlägen liegt in der Minimierung
von trendbeeinflussenden Inhomogenitäten einzelner Stationen und einer
Flächenaussage für einzelne Flussgebiete.
Tab 1: KLIWA-Untersuchungsgebiete mit Anzahl der Gitterpunkte.
Auf der Basis der Tageswerte des Gebietsniederschlags wurden für jeden Monat
des Untersuchungszeitraums 1931-1997 fünf statistische Kenngrößen -
Tagesmittelwert, Standardabweichung, Unteres Quartil, Median und
Überschreitungshäufigkeit von 15 mm/d - bestimmt, die das monatliche
Niederschlagsgeschehen kennzeichnen. Die daraus resultierenden Monatswertreihen
(Stichprobenumfang jeweils 804 Werte) wurden mit unterschiedlichen Verfahren
zur Zeitreihenanalyse untersucht, um Inhomogenitäten und tendenzielle
Entwicklungen zu ermitteln.
Die vorliegende Arbeit konzentriert sich bei der Beschreibung der
langjährigen Verläufe vorrangig auf den meteorologischen Sommer (Juni bis
August) und den meteorologischen Winter (Dezember bis Februar), da gerade die
gegensätzlichen Tendenzen dieser beiden Jahresabschnitte die eingetretenen
Veränderungen deutlich werden lassen, während Frühjahr und Herbst als
"Übergangsjahreszeiten" weniger Aussagekraft zukommt. Daneben enthält
die Studie auch auf das Kalenderjahr bezogene Aussagen; daraus sind nachstehend
wesentliche Ergebnisse der linearen Trenduntersuchungen dargestellt.
Ergebnisse
Veränderungen bezogen auf das Kalenderjahr
Die Veränderungen bei Betrachtung des Kalenderjahres lassen sich
folgendermaßen zusammenfassen:
- Die jährliche Niederschlagsmenge nimmt im Verlauf des
Untersuchungszeitraums nur in sechs Gebieten Baden-Württembergs und Bayerns
signifikant um 0,1 % bis 0,2 % pro Jahr zu. In mehr als 80 % der Gebiete ist
keine tendenzielle Entwicklung nachweisbar.
- Deutlicher als die Veränderung des Tagesmittels des Niederschlags ist die
Veränderung der Häufigkeitsverteilung. Sowohl die "trockenen" Tage,
d.h. Tage ohne oder mit nur geringem Niederschlag, als auch die Tageswerte
der Niederschläge mit überdurchschnittlichen, jedoch nicht extremen Beträgen
nehmen zu.
- Die Häufigkeit der Tage mit sehr starken Gebietsniederschlägen (mehr als
15 mm/d) nimmt nur in einem Teil der Gebiete im Osten (Flussgebiete der Vils
und der Rott, der Naab und des Oberen Mains) und im Südwesten (Flussgebiete
Neckar oberhalb Fils sowie der Enz) zu, während sie in einzelnen Gebieten im
Nordwesten (Flussgebiete der Tauber und des Mittleren Mains) zurückgeht.
Veränderungen im Sommer
Die Ergebnisse für den meteorologischen Sommer zeigen folgende
Veränderungen:
- Die Mehrzahl der untersuchten Gebiete ist durch einen Rückgang der
Niederschlagssumme - repräsentiert durch den Tagesmittelwert des
Niederschlags - geprägt (Abb.1). Dieser Rückgang ist vor allem auf die
gleichzeitige Abnahme der Häufigkeit von Tagen mit hohen
Gebietsniederschlägen zurückzuführen.
- Daneben ist auch ein Anstieg der Häufigkeit von "trockenen"
Tagen zu verzeichnen, allerdings wirkt sich diese Änderung nicht wesentlich
auf die Änderung der Niederschlagssumme - repräsentiert durch den
Tagesmittelwert - aus.
- Eine andere Entwicklung ist lediglich in Südbayern zu verzeichnen. Hier
kommt es im Gegensatz zu den anderen Gebieten zu einer geringfügigen Zunahme
der Niederschläge, die wiederum verursacht wird durch einen Anstieg der
Häufigkeit von Tagen mit starken Niederschlägen. Allerdings lässt sich diese
Zunahme nicht überall mit der erforderlichen Signifikanz nachweisen.
Schwerpunkt ist das Niederbayerische Hügelland.
Abb. 1: Verteilung des Trends der Gebietsniederschläge (Tagesmittelwert) für
den meteorologischen Sommer (JJA) in den 33 KLIWA-Untersuchungsgebieten in
Baden-Württemberg und Bayern, 1931 bis 1997. Die absoluten Trends sind
betragsmäßig klein, da auch die Tagesmittel im Vergleich zu Niederschlagssummen
niedrige Werte annehmen.
Veränderungen im Winter
Die langfristige Entwicklung der Gebietsniederschläge während des
meteorologischen Winters stellt in gewisser Weise das Gegenstück des
sommerlichen Verlaufs dar, auch wenn nicht in jedem Gebiet und bei jeder
Auswertegröße ein spiegelbildliches Verhalten erkennbar ist.
- In den meisten Gebieten kommt es im Winter zu einer Zunahme der
Niederschläge, die sich sowohl durch eine Erhöhung der mittleren täglichen
Niederschläge (Abb. 2) als auch durch eine erhöhte Anzahl von Tagen mit sehr
hohen Niederschlägen auszeichnet.
- Vergleichsweise gering signifikante Verstärkung der Niederschläge erfährt
daneben der Bereich des Alpenvorlandes. Hier tritt zwar auch eine gewisse
Verstärkung auf; sie lässt sich jedoch statistisch nur in den wenigsten
Fällen sichern.
Abb. 2: Verteilung des Trends der Gebietsniederschläge (Tagesmittelwert) für
den meteorologischen Winter (DJF) in den 33 KLIWA-Untersuchungsgebieten in
Baden-Württemberg und Bayern, 1931 bis 1997. Die absoluten Trends sind
betragsmäßig klein, da auch die Tagesmittel im Vergleich zu Niederschlagssummen
niedrige Werte annehmen.
Zusammenfassende Beurteilung
Bei allen Aussagen über die allgemeinen Tendenzen im gesamten
Untersuchungszeitraum von 1931 bis 1997 ist zu ergänzen, dass viele
Veränderungen der Gebietsniederschläge (Bruchpunkte) vor allem während der
sechziger und siebziger Jahre aufgetreten sind. Sie zeigen sich zum einen in
einer innerjährlichen Umverteilung der Niederschläge und zum anderen veränderte
sich die Häufigkeitsverteilung der Tageswerte des Gebietsniederschlags: im
Sommer regnete es weniger häufig und extreme Niederschläge traten weniger auf,
während im Winter sowohl die Menge als auch die Variabilität der Niederschläge
und damit die Häufigkeit extremer Werte (niederschlagslose bzw. Tage mit
niedrigem Niederschlag und Tage mit stärkerem Niederschlag) einen zunehmenden
Trend zeigten.
Im Projekt wurde bezüglich der möglichen Ursachen für die detektierten
Veränderungen auch untersucht, ob Zusammenhänge zwischen dem
Zeitreihenverhalten des Niederschlags und den jahreszeitlichen Häufigkeiten der
atmosphärischen Zirkulationsformen (zonal, meridional, gemischt) basierend auf
dem Katalog der Großwetterlagen in Mitteleuropa (Gerstengarbe et al. 1999)
bestehen. Ein Vergleich der Gebietswertreihen mit vieljährigen Reihen der
Häufigkeit bestimmter Wetterlagen in Mitteleuropa im Winter zeigt, dass beide
Entwicklungen miteinander verknüpft sind und dass die Verstärkung der
Niederschläge im Winter mit einer höheren Häufigkeit der zonalen und gemischten
Zirkulationsformen zusammenhängt.
Abschließend lässt sich sagen, dass sich die jährlichen Gebietsniederschläge
langfristig nur wenig verändert haben. Gleichzeitig ist aber eine Umverteilung
der Niederschläge im Jahresgang zu beobachten, d.h. es wird trockener im Sommer
und niederschlagsreicher im Frühjahr und Winter, verursacht insbesondere durch
die veränderte Wetterlagenhäufigkeit. Dabei setzen einzelne Veränderungen
bereits vor oder um 1960 ein, andere vollziehen sich erst gegen Ende der
siebziger Jahre.
